[發明專利]一種應用于NVMe SSD的DMA分配與管理方法

在審

• 申請號: 202211263901.0
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115576876A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 段好強;王璞;吳斌;喬子龍
• 申請（專利權）人: 山東華芯半導體有限公司
• 主分類號: G06F13/28
• 分類號: G06F13/28;G06F13/16
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 趙玉鳳

本發明公開一種應用于NVMe SSD的DMA分配與管理方法，本方法估算每個DMA工作量，并且為下次DMA傳輸分配適量的數據。首先計算某筆數據傳輸的數據量，當數據量小于某個最小數據量閾值時，則采取著重保持某個DMA的連續工作而不是所有DMA都在頻繁傳輸完畢后又開始的小數據量傳輸；當數據量大于某個最小數據量閾值時，則認為是大數據量的傳輸，著重保持所有DMA的連續工作而不是將工作堆積于某個DMA。本方法充分考慮了DMA運行過程中能夠體現DMA負載的因素，能夠獲取準確的DMA狀態統計信息，以篩選出最符合開啟的DMA進行下次的數據傳輸，提高控制器中DMA的利用率，提升控制器前端IO處理速度。

技術領域

本發明涉及NVMe存儲領域，具體是一種應用于NVMe SSD的DMA分配與管理方法。

背景技術

NVMe SSD是遵循非易失性內存主機控制器接口規范(Non-Volatile Memoryexpress)的固態驅動器(Solid State Disk)。SSD由控制器和存儲器組成。一個優秀的NVMeSSD的控制器，能夠充分利用PCIE通道的低延時以及并行性，在可控制的存儲成本下，極大地提升固態硬盤的讀寫性能，降低由于AHCI接口帶來的高延時，徹底解放STAT時代固態硬盤的極致性能。

作為NVMe SSD重要組成部分的控制器，承擔著搭建Host和存儲器之間的數據通路，處理Host下發的IO，Admin命令和優化存儲器使用等重要任務。在Host與存儲器的數據交互中，DMA是提高數據傳輸效率的一種典型的功能。

在一個典型的NVMe SSD控制器的構成中，一般存在多個前端DMA，以達到數據并行，充分利用總線帶寬的目的。前端DMA負責將Host內存中的數據傳輸到控制器的buffer中，或者將控制器buffer中的數據傳輸到Host內存中。所以前端DMA的分配管理也就顯得尤為重要。現如今的主流控制器中，大多采用固定權重分配的方式，為每個DMA分配固定權重的工作量，此舉會造成DMA的不均衡傳輸，即有的DMA滿負荷工作，有的DMA確因為分配權重低不進行DMA傳輸，造成DMA資源的浪費。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種應用于NVMe SSD的DMA分配與管理方法，在主機與控制器數據傳輸的過程中，提供靈活高效的調度方式。基于此種方法設計的前端固件，可以顯著提高數據傳輸效率，提升NVMe SSD IOPS和帶寬，降低固件對于DMA傳輸的干預和影響。

為了解決所述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種應用于NVMe SSD的DMA分配與管理方法，包括以下步驟：

S01）、固件在收到主機下發的IO/Admin命令，解析后發起DMA請求；

S02）、固件通過DMA狀態信息中的傳輸字節數，即DMA負載統計，來判斷DMA是否處于空閑狀態，負載統計為0，則該DMA處于空閑狀態；

S03）、如果全部DMA都處于空閑狀態，那么依據DMA權重優先級開啟最高優先級的DMA進行傳輸；

S04）、如果有存在處于非空閑狀態的DMA，就去比較非空閑狀態中的DMA的負載統計；

S05）、如果非空閑狀態的DMA存在傳輸數據量m小于最小數據量閾值M，并且傳輸字節s小于閾值S，那么就開啟本DMA進行傳輸；

S06）、如果不存在上述狀態的DMA，那么所有DMA都在進行傳輸并且傳輸本筆數據量m不小于閾值M，傳輸字節s不小于閾值；

S07）、選取當前DMA傳輸耗時最小者啟動傳輸；

S08）、固件檢測DMA 該筆數據傳輸的完成；

S09）、更新DMA狀態信息結構。